Гидромуфты. Устройство и рабочий процесс.

Насосное 1 и турбинное 3 колеса, закрепленные соответственно на ведущем 6 и ве домом 5 валах, образуют гидромуфту (рис 210) Каждое колесо имеет наружный то роидальный корпус и внутренний тор, соединенные радиальными лопатками Некоторые конструкции гидромуфт не имеют тора поэтому он на рисхнке показан штриховыми линиями В рабочем состоянии гидромуфта зчполнена часюм которое подводится через канал в вале 5 Заполненное маслом пространство внутри гидромуфты называют кругом циркуляции Рабочее пространство круга циркуляции состоит из замкнутых кольцевых каналов между лопатками насосного и турбинного колес Для ораничения утечек масла из рабочего пространства служит наружный кожух (колокол) 4 который в рассматриваемой конструкции (но не всегда) жестко соединен с насосным колесом и вращается вместе с ним Поскольку при работе гидромуфты часть механической энер гии (потери) превращается в тепло масло нагревается Для поддержания температуры масла в допустимых пределах предусмотрен обмен масла через отверстие 2 в кожухе 4 Каждая частица масла в круге циркуляции совершает сложное движение центро бежное при перемещении от входа к выходу насосного колеса центростремительное пои перемещении от входа к выходу турбинного колеса и переносное (окружное) вокруг валов 5 и 6 Таким образом, в результате движения частиц масла вдоль лопаток насос ного колеса увеличивается их линейная скорость и следовательно, запас кинетической энергии При движении по каналам между лопатками турбинного колеса (к центру) скорость частиц уменьшается и кинетическая энергия от масла передается турбинному колесу, заставляя его вращаться. Необходимым условием этого процесса является. Рис. 210. Гидромуфта:

а - конструктивная схема; б - внешняя характеристика; в - тяговая характеристика; 1 - колесо насосное, 2 - отверстие для выхода масла, 3 - колесо турбинное; 4 - колокол (кожух); 5 - вал ведомый; 6 - вал ведущий скольжение, т. е. частота вращения турбинного колеса лт должна быть меньше частоты вращения насосного колеса пв. Только при этом условии центробежные силы масла, выходящего из каналов между лопатками насосного колеса, смогут преодолеть центробежные силы жидкости, заключенной между лопатками турбинного колеса, и'все сопротивления пути циркуляции, т. е. будет возможно движение частиц масла по пути, показанному на рис. 210, а стрелками. Скольжение количественно оценивают величиной

где i = -- передаточное отношение.

" н

Из теории гидропередач известно, что коэффициент полезного действия гидромуфты ■ Пгм = 1 - S = i. Отсюда следует, что т)гм растет пропорционально увеличению частоты вращения турбинного колеса гет (рис. 210, 6). Теоретически при лт: ян = 1 должно быть т)Гм = 1. Однако работа гидромуфт без скольжения невозможна, приведенная формула не учитывает потерь, поэтому при ят: пи, близких к единице, к. п. д. гидромуфты резко снижается и при i = 1 т)гм = 0. Обычно гидромуфты рассчитывают на работу со скольжением 2-3% (при номинальной частоте лн). При этом гидромуфта должна передавать номинальный (расчетный) вращающий момент при т)Гм = 0, 96-0, 97. Другой важной характеристикой гидромуфты является ее способность передавать больший вращающий момент при большем скольжении (см. рис. 210, 6). Объясняется это тем, что с увеличением разности скорости колес возрастает доля кинетической энергии, сообщаемой рабочей жидкостью турбинному колесу. Различают два вида характеристик гидромуфт: внешнюю - при пи = const и тяговую - при передаче постоянного номинального момента и переменной частоте вращения насосного колеса (рис. 210, в). В силу того, что энергия в гидромуфте передается через жидкость непосредственно от насосного колеса к турбинному, гидромуфта не может изменять передаваемый момент. Поэтому гидромуфты применяют или перед многоступенчатой зубчатой коробкой перемены передач - в этом случае гидромуфта выполняет роль муфты сцепления, или в сочетании с гидротрансформаторами - тогда гидромуфта включается при повышенных скоростях движения, когда требуется передавать вращающий момент, примерно равный номинальному (расчетному) моменту гидромуфты. Гидроаппарат, способный не только передавать, но и изменять вращающий момент, называют гидротрансформатором (рис. 211, а, б). Его принципиальное отличие от гидромуфты - наличие неподвижного направляющего аппарата со специально спрофилированными лопатками. Направляющий аппарат 6 может быть установлен за турбинным колесом (см. рис. 211, а) или перед ним (см. рис. 211, б). В первом случае турбинное колесо может вращаться только в том направлении, в котором вращается насосное колесо 2. Во втором случае направление вращения турбинного колеса определяется расположением лопаток направляющего аппарата. Гидротрансформаторы с разделенными на ступени насосными или турбинными колесами в передачах маневровых тепловозов не применяются и поэтому здесь не рассматриваются. В соответствии с конструктивной схемой гидротрансформатора его турбинные колеса бывают центробежного, центростремительного и осевого типов. Отношение вращающего момента турбинного колеса Мт к вращающему моменту насосного колеса Мн при пт = 0 называется коэффициентом трансформации момента k: В выполненных конструкциях тепловозных передач к обычно равно 4-5. Из теории гидропередач известно, что коэффициент полезного действия гидротрансформатора т)гтр=& (. При номинальных I к. п. д. гидротрансформаторов достигает 0, 85-0, 92 (рис. 211, в). В этом режиме направление потока жидкости совпадает с направлением лопаток («безударная циркуляция»), благодаря чему жидкость циркулирует с минимальными потерями. При любых отклонениях от номинального режима возникают ударные явления при переходе жидкости с колеса на колесо, что ведет к увеличению потерь И СНИЖеНИЮ Т)гтр. Если конструкция гидротрансформатора такова, что момент насосного колеса не зависит от момента и частоты вращения турбинного колеса, то характеристика гидротрансформатора (и сам трансформатор) называется «непрозрачной» (сплошная горизонтальная линия на рис. 211, в). В этом случае изменения внешней нагрузки (сопротивление движению поезда) не влияют на нагрузку дизеля. «Прозрачным» называют гидротрансформатор, у которого момент насосного колеса зависит от скорости вращения турбинного колеса. «Прозрачность» характеризуется коэффициентом прозрачности

П = Ма: Миаом, где Мн - текущее значение момента насосного колеса; Мн ном - номинальный (расчетный) момент насосного колеса.

В режиме, когда Мт = 0 и 1гт = тах, момент на насосном колесе в зависимости от характеристики гидротрансформатора может быть меньше или больше номинального, т. е дизель может быть совсем ненагружен или, наоборот, перегружен, несмотря на отсутствие нагрузки на турбинном колесе (см. пунктирные линии на рис. 211, б).

Характеристики гидромуфт и гидротрансформаторов показывают, что один гидроаппарат в отдельности не может обеспечить хорошую тяговую характеристику и высокий к. п. д. тепловоза в широком диапазоне скоростей. Поэтому тепловозные гидропередачи состоят из одного или нескольких гидроаппаратов, турбинные колеса которых связаны с колесными парами тепловоза через механическую коробку скоростей, называемую обычно коробкой перемены передач (КПП). Назначение КПП - обеспечить кинематическую связь и такие передаточные отношения между валом турбинного колеса и колесными парами, при которых с изменением скорости движения тепловоза отношение пт: лн остается в зоне достаточно высоких к. п. д. гидроаппарата. В одноциркуляционных гидравлических и гидромеханических передачах переключение ступеней скорости осуществляется, как правило, с помощью фрикционных или специальных кулачковых муфт. Участие механических элементов в процессе переключения скоростей снижает надежность таких передач. Предпочтение обычно отдается многоциркуляционным передачам, у которых переключение ступеней скорости происходит чисто гидравлическим способом, т. е. поочередным заполнением и опорожнением гидроаппаратов В этих передачах турбинное колесо каждого гидроаппарата соединено с валом КПП при помощи зубчатых пар, постоянно находящихся в зацеплении. Многоциркуляционные передачи содержат два или три гидроаппарата, сконструированных и подобранных таким образом, чтобы при поочередном их включении обеспечить высокий к. п. д. тепловоза во всем диапазоне скоростей Применяются следующие комбинации аппаратов- два гидротрансформатора; два гидротрансформатора и одна гидромуфта; три гидротрансформатора; один гидротрансформатор и две гидромуфты Трогание и разгон тепловоза всегда осуществляются на пусковом гидротрансформаторе, движение со средними скоростями - на маршевом гидротрансформаторе или гидромуфте, при высоких скоростях включается гидромуфта (если она имеется). Рис 211. Гидротрансформатора - с направляющим аппаратом, расположенным за турбинным колесом; б - с направляющим аппаратом, расположенным за насосным колесом, в - внешняя характеристика, 1 - кожух (корпус); 2 - колесо насосное, 3 - вал ведомый, 4 - колесо турбинное, 5 - отверстие для отвода масла, 6 - аппарат направляющий, 7 - кольцо (тор) внутреннее, 8 - отверстие для подвода масла, 9 - вал ведущий. На маневровых тепловозах предусмотрены два режима работы: маневровый и поездной. Для этого в КПП или в отдельном редукторе имеется дополнительная зубчаг тая пара, вдвое изменяющая передаточное отношение между турбинными колесами н колесными парами. Благодаря этому при одинаковых режимах работы дизеля и гидроаппаратов скорость движения тепловоза на поездном режиме вдвое больше, чем на маневровом. На всех отечественных тепловозах изменение направления движения осуществляется механическим способом с помощью зубчатых колес и шлицевых пар Конкретные примеры конструкции КПП и реверс-режимных устройств рассмотрены ниже при описании гидропередач маневровых тепловозов.

54. Гидротрансформатор. Устройство и рабочий процесс.

Гидротрансформа́ тор (турботрансформатор ), или конвертер крутящего момента (англ. torque converter) — устройство, служащее для передачи и преобразования крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к коробке передач, и позволяющее бесступенчато изменять крутящий момент и частоту вращения, передаваемые на ведомые валы. Чаще всего используется с АКП или вариаторами.

Применение: Гидротрансформаторы широко используются на транспорте: от легковых автомобилей и легких вилочных погрузчиков до сверхтяжелых специальных грузовых шасси. Чаще всего работают с планетарными коробками передач, хотя встречаются и сочетания с обычными двух- и трехвальными конструкциями. Популярность снабженных гидротрансформатором машин в зависимости от региона может очень сильно различаться. Так, на конец ХХ века в Западной Европе около 20 % легковых автомобилей имели гидротрансформатор. Подавляющее большинство гидротрансмиссий средней и большой мощности в Европе разработано и строится фирмой Voith в Германии. В то же время в США их доля составляла порядка 80 %. В последние годы из легкового автомобилестроения гидротрансформаторы вытесняются автоматизированными или «роботизированными» механическими коробками передач. В СССР, а позднее в СНГ использовались в гидродинамических трансмиссиях автомобилей «Волга», «Чайка» и ЗИЛ, многоцелевых тягачах МЗКТ и КЗКТ, семействе БелАЗ, автобусах ЛАЗ-695Ж и ЛиАЗ-677, на тракторах ДТ-175С и Т-330 и на ряде маневровых тепловозов (ТГМ3, ТГМ6, ТГК2) и магистральных локомотивов — ТГ102, ТГ16, ТГ22. Кроме того, гидротрансформаторы используются в трансмиссиях некоторых типов подъемных кранов и экскаваторов с канатным приводом рабочих органов, в приводах рудничных и карьерных ленточных конвейеров. Также гидротрансформаторы устанавливались в привод гребных винтов самого мощного в СССР буксира-толкача Маршал Блюхер, что позволяло двигателям теплохода-гиганта эффективно работать на малых скоростях без применения гребных винтов регулируемого шага.

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: